(57)【要約】【課題】均一な厚さの金属シリサイド膜からなるゲート電極を備える半導体装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の半導体装置及びその製造方法は、基板上に絶縁膜を形成するステップと、前記絶縁膜上に金属の拡散を防止する拡散防止膜を形成するステップと、前記拡散防止膜上にゲート電極用膜を形成するステップと、前記ゲート電極用膜上に金属膜を形成するステップと、前記金属膜を含む結果物に対して熱処理工程を行うことにより、均一な厚さの金属シリサイド膜を形成するステップと、を含む。【選択図】図２Ｂ
2010050450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、
前記絶縁膜上に金属の拡散を防止する拡散防止膜を形成する拡散防止膜形成ステップと、
前記拡散防止膜上にゲート電極用膜を形成するゲート電極用膜形成ステップと、
前記ゲート電極用膜上に金属膜を形成する金属膜形成ステップと、
前記金属膜を含む結果物に対して熱処理工程を行うことにより、均一な厚さの金属シリサイド膜を形成する金属シリサイト膜形成ステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記拡散防止膜は、前記ゲート電極用膜とは異なる物性の物質からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記拡散防止膜は、タングステンシリサイド膜からなることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記拡散防止膜の厚さは、１００Å〜１０００Åの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ゲート電極用膜は、ポリシリコン膜からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記金属膜は、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記金属シリサイド膜は、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）またはニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記金属シリサイド膜形成ステップの後に、
前記熱処理工程における未反応の金属膜を除去する金属膜除去ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記拡散防止膜形成ステップの前に、
前記絶縁膜上にゲート電極用膜を形成するゲート電極用膜形成ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁膜は誘電体膜であり、
前記絶縁膜形成ステップの前に、
基板上にトンネル絶縁膜を形成するトンネル絶縁膜形成ステップと、
前記トンネル絶縁膜上にフローティングゲート電極用膜を形成するフローティングゲート電極用膜形成ステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記絶縁膜は誘電体膜であり、
前記絶縁膜形成ステップの前に、
基板上にトンネル絶縁膜を形成するトンネル絶縁膜形成ステップと、
前記トンネル絶縁膜上に電荷トラップ膜を形成する電荷トラップ膜形成ステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
基板上に形成された絶縁膜と、
金属の拡散を防止する拡散防止膜、及び金属シリサイド膜を有し、前記絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
前記拡散防止膜は、ポリシリコン膜とは異なる物性の物質からなることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記拡散防止膜は、タングステンシリサイド膜からなることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記拡散防止膜の厚さは、１００Å〜１０００Åの範囲であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記金属シリサイド膜は、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）またはニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）からなることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記絶縁膜と前記拡散防止膜との間に形成されたポリシリコン膜をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記絶縁膜は誘電体膜であり、
基板上に形成されたトンネル絶縁膜と、
該トンネル絶縁膜と前記絶縁膜との間に形成されたフローティングゲート電極用膜と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記絶縁膜は誘電体膜であり、
基板上に形成されたトンネル絶縁膜と、
該トンネル絶縁膜と前記絶縁膜との間に形成された電荷トラップ膜と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、より詳細には、金属シリサイド膜を含む半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の集積度の向上に伴う面積の減少により、ゲート電極の抵抗が増加し、半導体装置の特性が低下している。これにより、従来技術では、金属シリサイド膜からなるゲート電極を形成することにより、ゲート電極の抵抗を低減させる方法が考えられている。
【０００３】
図１Ａ及び図１Ｂは、不揮発性メモリ装置において従来技術に係る金属シリサイド膜の形成方法を説明するための断面図である。
【０００４】
図１Ａに示すように、基板１００上にトンネル絶縁膜１１０を形成する。ここで、トンネル絶縁膜１１０は、電荷のトンネリングのためのエネルギー障壁膜として提供されるものであって、酸化膜からなる。
【０００５】
トンネル絶縁膜１１０上にフローティングゲート電極用膜１２０を形成する。フローティングゲート電極は、電荷を保持または消去することによってデータを格納する。このとき、フローティングゲート電極用膜１２０は、ポリシリコン膜からなる。
【０００６】
次いで、フローティングゲート電極用膜１２０上に誘電体膜１３０を形成する。ここで、誘電体膜１３０は、電荷がフローティングゲート電極を通過してコントロールゲートの上部に移動することを防止するためのものである。
【０００７】
次いで、誘電体膜１３０上にコントロールゲート電極用膜１４０を形成した後、コントロールゲート電極用膜１４０上に金属膜１５０を形成する。図中の「Ｗ１」は、コントロールゲート電極用膜の厚さを表す。
【０００８】
図１Ｂに示すように、金属膜１５０を含む結果物に対して熱処理工程を行うことにより、コントロールゲート電極用膜１４０と金属膜１５０とを反応させて金属シリサイド膜１４０Ａを形成する。その後、熱処理工程における未反応の金属膜１５０を除去する。ここで、図面番号「１４０Ｂ」は、残留するコントロールゲート電極用膜を表す。
【０００９】
しかし、前述した従来技術によれば、金属シリサイド膜１４０Ａの厚さＷ２が均一でないため、コントロールゲート電極の抵抗値が不均一になる。この場合、ゲートラインの抵抗値が不均一になるため、ワードライン間の寄生キャパシタンスの値が不均一になる。
【００１０】
特に、金属膜１５０の金属が拡散する程度を調節できないため、金属が誘電体膜１３０まで拡散した場合（図１Ｂの「Ａ」参照）、誘電体膜１３０が損傷して、不揮発性メモリ装置の信頼性を低下させてしまう。従来技術では、このような誘電体膜１３０の損傷を防止するために、コントロールゲート電極用膜１４０の厚さＷ１を増加させるが、これは、メモリ装置の集積度の向上を妨げることになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、均一な厚さの金属シリサイド膜からなるゲート電極を備える半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【００１２】
本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本明細書の図面、発明の詳細な説明、及び特許請求の範囲から、本発明の他の目的及び長所を容易に認識することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明は、基板上に絶縁膜を形成するステップと、前記絶縁膜上に金属の拡散を防止する拡散防止膜を形成するステップと、前記拡散防止膜上にゲート電極用膜を形成するステップと、前記ゲート電極用膜上に金属膜を形成するステップと、前記金属膜を含む結果物に対して熱処理工程を行うことにより、均一な厚さの金属シリサイド膜を形成するステップと、を含む半導体装置の製造方法を提供する。
【００１４】
また、本発明は、基板上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に形成され、かつ、金属の拡散を防止する拡散防止膜及び金属シリサイド膜からなるゲート電極と、を備える半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱処理工程による金属シリサイド膜の形成において、拡散防止膜により金属膜に含まれている金属の拡散深さを調節することができる。したがって、均一な厚さの金属シリサイド膜を形成することができ、これにより、ゲート電極の抵抗は、均一な値を有することができる。また、金属がゲート電極用膜の下の誘電体膜まで拡散することを防止できるため、従来に比べて、ポリシリコン膜の厚さを減少させることができる。特に、不揮発性メモリ装置の形成において、誘電体膜の損傷による信頼性の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】従来技術に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１Ｂ】従来技術に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の好ましい実施形態を説明する。図面において、厚さ及び間隔は、説明の便宜のために拡大されたものであり得る。本発明の説明において、本発明の要旨と無関係な公知の構成は省略可能である。各図面の構成要素の参照番号において、同じ構成要素に限っては、他の図面に表示される場合にできるだけ同じ番号を付していることに留意しなければならない。
【００１８】
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の第１実施形態に係る金属シリサイド膜の形成方法を説明するための断面図である。
【００１９】
図２Ａに示すように、基板２００上に絶縁膜２１０を形成する。ここで、絶縁膜２１０は、酸化膜または誘電体膜からなることが好ましい。
【００２０】
次いで、絶縁膜２１０上に金属の拡散を防止する拡散防止膜２２０を形成する。ここで、拡散防止膜２２０は、金属シリサイド膜の厚さを調節し、後続の熱処理工程において、金属膜に含まれている金属が絶縁膜２１０に拡散することを防止するためのものである。
【００２１】
このとき、拡散防止膜２２０は、ポリシリコン膜とは異なる物性（材料特性）（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｙ）を有する物質で形成されることが好ましい。特に、ポリシリコンとは物性が異なり、かつ、６角形の安定した構造を有するタングステンシリサイド膜（ＷＳｉ）からなることがより好ましい。また、拡散防止膜２２０の厚さＷ３は、１００Å〜１０００Åの範囲であることが好ましい。
【００２２】
次いで、拡散防止膜２２０上にゲート電極用膜２３０を形成する。ここで、ゲート電極用膜２３０は、ポリシリコン膜からなることが好ましい。本発明の第１実施形態に係る金属シリサイド膜の形成方法によれば、後続の熱処理工程時、金属が下の絶縁膜２１０まで拡散することを防止できるため、ゲート電極用膜２３０は、従来に比べて、薄い厚さで形成することができる。図中の「Ｗ４」は、ゲート電極用膜２３０の減少した厚さを表す。
【００２３】
次いで、ゲート電極用膜２３０上に金属膜２４０を形成する。ここで、金属膜２４０は、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）からなることが好ましい。
【００２４】
図２Ｂに示すように、金属膜２４０を含む結果物に対して熱処理工程を行うことにより、ゲート電極用膜２３０と金属膜２４０とを反応させて金属シリサイド膜２３０Ａを形成する。ここで、金属シリサイド膜２３０Ａは、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）またはニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）からなることが好ましい。その後、前記熱処理工程における未反応の金属膜２４０を除去する。
【００２５】
ここで、金属シリサイド膜２３０Ａを形成するための熱処理工程時、金属膜２４０に含まれている金属がゲート電極用膜２３０に拡散して金属シリサイド膜２３０Ａを形成することになる。
【００２６】
このとき、ゲート電極用膜２３０の下に形成された拡散防止膜２２０により金属の拡散深さ（程度）が調節される。つまり、金属は、ゲート電極用膜２３０が形成された厚さＷ４まで拡散することができ、ゲート電極用膜２３０の下部は、拡散防止膜２２０に接するため、金属がそれ以上深く拡散することは不可能である。
【００２７】
したがって、金属の拡散による絶縁膜２１０の損傷を防止できるため、従来に比べて、ゲート電極用膜２３０の厚さＷ４を減少させることができる。また、均一な厚さの金属シリサイド膜からなるゲート電極が形成されるため、ゲート電極の抵抗は、均一な値を有することになる。
【００２８】
次いで、図示していないが、金属シリサイド膜２３０Ａ、拡散防止膜２２０、及び絶縁膜２１０を選択的にエッチングして、ゲートパターンを形成する。これにより、拡散防止膜２２０及び均一な厚さの金属シリサイド膜２３０Ａからなるゲート電極が形成される。
【００２９】
ここで、拡散防止膜２２０及びゲート電極用膜２３０の形成において、絶縁膜２１０上に第１ゲート電極用膜を形成した後、拡散防止膜２２０を形成し、拡散防止膜２２０上に第２ゲート電極用膜を形成することができる。すなわち、２つのゲート電極用膜の間に拡散防止膜が介在する形に形成することができる。この場合、金属シリサイド膜を形成するための熱処理工程時、金属膜２４０に含まれている金属は、第２ゲート電極用膜の厚さ程度まで拡散することができ、拡散防止膜２２０によりそれ以上拡散することは不可能である。したがって、第１ゲート電極用膜、拡散防止膜、及び均一な厚さの第２ゲート電極用膜からなるゲート電極を形成することができる。
【００３０】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第２実施形態に係る金属シリサイド膜の形成方法を説明するための断面図であり、特に、フローティングゲート型不揮発性メモリ装置における金属シリサイド膜の形成方法を説明するための断面図である。
【００３１】
図３Ａに示すように、基板３００上にトンネル絶縁膜３１０を形成する。ここで、トンネル絶縁膜３１０は、電荷のトンネリングのためのエネルギー障壁膜として提供されるものであって、酸化膜からなることが好ましい。
【００３２】
次いで、トンネル絶縁膜３１０上にフローティングゲート電極用膜３２０を形成する。ここで、フローティングゲート電極用膜３２０は、後続の工程でフローティングゲート電極を形成するためのものであり、フローティングゲート電極は、電荷を保持または消去することによってデータを格納するものである。このとき、フローティングゲート電極用膜３２０は、ポリシリコン膜からなることが好ましい。
【００３３】
次いで、フローティングゲート電極用膜３２０上に誘電体膜３３０を形成する。ここで、誘電体膜３３０は、電荷がフローティングゲート電極を通過してコントロールゲートの上部に移動することを防止するためのものであって、Ａｌ２Ｏ３膜からなることが好ましい。
【００３４】
次いで、図示していないが、誘電体膜３３０上にポリシリコン膜を形成することが好ましい。ここで、ポリシリコン膜は、選択トランジスタなどの正常なトランジスタ動作のために、ＯＮＯ（Ｏｘｉｄｅ／Ｎｉｔｒｉｄｅ／Ｏｘｉｄｅ）コンタクトを形成する過程において、誘電体膜３３０の損傷を防止する保護膜の役割を果たすことになる。
【００３５】
次いで、誘電体膜３３０またはポリシリコン膜上に拡散防止膜３４０を形成する。ここで、拡散防止膜３４０は、後続の金属シリサイド膜を形成するための熱処理工程において、金属膜の金属が、誘電体膜３３０、さらに、トンネル絶縁膜３１０まで拡散することを防止するためのものである。
【００３６】
このとき、拡散防止膜３４０は、ポリシリコン膜とは異なる物性の物質で形成されることが好ましい。特に、ポリシリコンとは物性が異なり、かつ、６角形の安定した構造を有するタングステンシリサイド膜（ＷＳｉ）からなることがより好ましい。また、拡散防止膜３４０の厚さＷ５は、１００Å〜１０００Åの範囲であることが好ましい。
【００３７】
次いで、拡散防止膜３４０上にコントロールゲート電極用膜３５０を形成する。本発明の第２実施形態に係る金属シリサイド膜の形成方法によれば、後続の熱処理工程時、金属が下の誘電体膜３３０またはトンネル絶縁膜３１０まで拡散することを防止できるため、コントロールゲート電極用膜３５０は、従来に比べて、薄い厚さＷ６で形成することができる。
【００３８】
次いで、拡散防止膜３４０上にコントロールゲート電極用膜３５０を形成した後、コントロールゲート電極用膜３５０上に金属膜３６０を形成する。ここで、金属膜３６０は、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）からなることが好ましい。
【００３９】
図３Ｂに示すように、金属膜３６０を含む結果物に対して熱処理工程を行うことにより、コントロールゲート電極用膜３５０と金属膜３６０とを反応させて金属シリサイド膜３５０Ａを形成する。ここで、金属シリサイド膜３５０Ａは、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）またはニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）からなることが好ましい。その後、熱処理工程における未反応の金属膜３６０を除去する。
【００４０】
ここで、金属シリサイドを形成するための熱処理工程時、金属膜３６０に含まれている金属がコントロールゲート電極用膜３５０に拡散して金属シリサイド膜３５０Ａを形成することになる。このとき、コントロールゲート電極用膜３５０の下に形成された拡散防止膜３４０により金属の拡散深さが調節される。すなわち、拡散防止膜３４０は、金属が、誘電体膜３３０、さらに、トンネル絶縁膜３１０まで拡散することを防止する。したがって、従来に比べて、コントロールゲート電極用膜３５０の厚さＷ６を減少させることができ、誘電体膜３３０の損傷によるメモリ装置の信頼性の低下を防止することができる。また、均一な厚さの金属シリサイド膜からなるゲート電極が形成されるため、ゲート電極の抵抗は、均一な値を有することになる。
【００４１】
次いで、図示していないが、金属シリサイド膜３５０Ａ、拡散防止膜３４０、誘電体膜３３０、及びフローティングゲート電極用膜３２０を選択的にエッチングして、ゲートパターンを形成する。これにより、拡散防止膜３４０及び均一な厚さの金属シリサイド膜３５０Ａからなるゲート電極が形成される。
【００４２】
以上では、フローティングゲート電極に電荷を注入したり放出するフローティングゲート型不揮発性メモリ装置の製造方法について説明したが、これは、説明の便宜のためのものであり、本発明は、これに限定されず、電荷トラップ膜に電荷を注入したり放出する電荷トラップ型不揮発性メモリ装置にも適用可能である。ここで、電荷トラップ型不揮発性メモリ装置は、基板上に形成されたトンネル絶縁膜、電荷トラップ膜、誘電体膜、及びコントロールゲート電極を備え、電荷トラップ膜は、窒化膜からなることが好ましい。
【００４３】
本発明の技術的思想は、上記の好ましい実施形態により具体的に記述されたが、上記の実施形態は、それを説明するためのものであり、それを制限するためのものではないことに留意しなければならない。また、本発明の技術分野における通常の専門家であれば、本発明の技術的思想の範囲内で多様な実施形態が可能であることを理解することができるであろう。
【符号の説明】
【００４４】
２００、３００          基板
２１０                  絶縁膜
２２０                  拡散防止膜
２３０                  ゲート電極用膜
２４０                  金属膜
３１０                  トンネル絶縁膜
３２０                  フローティングゲート電極用膜
３３０                  誘電体膜
３４０                  拡散防止膜
３５０                  コントロールゲート電極用膜
３６０                  金属膜
２３０Ａ、３５０Ａ      金属シリサイド膜
【図１Ａ】
2010050450.tif 000003
【図１Ｂ】
2010050450.tif 000004
【図２Ａ】
2010050450.tif 000005
【図２Ｂ】
2010050450.tif 000006
【図３Ａ】
2010050450.tif 000007
【図３Ｂ】
2010050450.tif 000008